大功率短波發射機VSWR保護及原理分析

文/于賓

1 發射機中的VSWR簡介

在發射機射頻電路中存在帶有能量的信號，這部分信號主要是從信號源產生，并接入到具有特性阻抗的傳輸線ZO當中，該信號的負載輸入阻抗為ZL。如果想要實現從信號源至負載傳輸功率最大化的目標，那么有特性阻抗的ZO就需要與輸入阻抗ZL相等，否則射頻電路中僅會有部分能量被負載吸收，剩余的部分則會被反射回信號源。可對ZO進行如下定義：傳輸線上任意一點的電壓與電流的比值，由該定義可知，傳輸線上的信號由兩個部分疊加而成，一部分是入射信號，另一部分是反射信號，通常情況下，這兩部分信號的幅值并不相等，疊加后的波形為行駐波，它的特點體現在如下兩個方面：一方面是位于波腹處的振幅為入射與反射信號峰值電壓的和，另一方面是位于波節處的振幅為入射與反射信號峰值電壓的差，具體如圖1所示。

而VSWR為電壓駐波比，可將其定義為：行駐波中，波腹處與波節處峰值電壓的比，可用下式表示：

2 大功率短波發射機VSWR保護電路原理

2.1 保護電路分析

在大功率短波發射機當中，帶有濾波器的VSWR保護電路的工作原理與天線VSWR保護電路的工作原理基本相同，唯一的區別是前者取樣元件的位置與帶通濾波器的距離比較近，而后者則與阻抗微調電路的距離比較近。借助帶有濾波器的VSWR電路能夠對發射機輸出網絡與合成器內任意一點的駐波進行檢測，當發射機輸出網絡中某個元器件發生故障問題后，VSWR保護電路會對發射機起到有效的保護作用。同時，帶有濾波器的VSWR電路還能對發射機天線的負載變化情況進行檢測，但由于帶有濾波器的VSWR電路的靈敏度相對比較低，所以需要先由天線VSWR進行監測，然后再由帶濾波器的VSWR電路完成后續的檢測工作。

2.2 兩級VSWR保護

通過對VSWR保護電路的分析可知，在大功率短波發射機當中，VSWR保護分為兩級。對于發射機而言，VSWR保護電路的主要任務是消除故障，實現方法是在某一段時間內，利用調制編碼器關閉PA模塊，從而將發射機的輸出功率降至零。如果發射機出現故障，在20ms內機器會發出異常的響聲，如喀噠、砰等，這個聲音通常很難被操作人員發現，當VSWR故障幾次都無法通過關閉PA模塊消除時，發射機便會自行降低輸出功率。

2.2.1 第一級VSWR

具體的故障現象如下：VSWR保護的LCD呈現出故障閃現的情況，此時載波的幅度會瞬間降至半功率的狀態，隨后會快速恢復至正常功率，在這一過程中，能夠從電波中聽到比較輕微的響聲。當以上故障現象出現時，便會觸發VSWR保護動作，即VSWR保護電路檢測器會在1ms以內快速檢測到故障問題，并對射頻輸出進行關閉，時間持續20ms左右，有時甚至更短。VSWR狀態指示故障的閃現時間大約會持續30s左右，隨即恢復至正常狀態。由于這個故障并不嚴重，所以VSWR的LCD并不會始終停留在故障處，只要故障周期不超過1s，駐波比動作便會不定期的發生。

2.2.2 第二級VSWR

具體的故障現象如下：VSWR保護的LCD呈現為故障狀態，此時降功率的指示燈會隨之閃爍，PA電流及功率表的讀數均會隨之下降，隨后的10s-30s內，降功率指示燈會熄滅，此時發射機的輸出功率與PA電流均會維持在低于正常功率的值上。當以上故障出現時，VSWR保護電路會自行動作，過程如下：VSWR傳感器會檢測到嚴重程度較高的故障問題，并試圖通過第一級VSWR保護來消除故障，但是由于該故障比較嚴重，所以持續時間會超過1s，這樣一來，降功率指令便會自動發送給發射機，使其維持在可以正常運行的功率電平上。以人為的方式發出升功率指令之前，功率電平會始終停留在這個位置，若是故障沒有消除，則發射機會再次降功率，并對人為發送的升功率指令完全無視。對于此類問題，必須及時修復，這樣才能確保發射機在滿功率的狀態下運行。

圖1：行駐波的特點示意圖

2.3 VSWR測試自檢

當大功率短波發射機出現VSWR TEST信號時，VSWR保護電路便會開始進行測試自檢，具體的邏輯方法如下：按住VSWR抑制開關，將VSWR輸入端進行分流接地，由此便可快速檢測出VSWR故障。隨后按下LED面板上的VSWR測試鍵，大約在4s左右，VSWR測試指示燈應當為紅色，當指示燈恢復到綠色后，測試自檢過程結束。3 結論

綜上所述，VSWR是大功率短波發射機較為有效的一種保護措施。在發射機正常使用的過程中，很多原因都可能引起VSWR保護，如網絡失諧、饋線失配等等，當故障問題發生后，VSWR保護電路均會自行啟動，確保發射機的正常運行。